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Java设计模式之《状态模式》

news 2025/8/27 12:49:35

1、状态模式

1.1、介绍

1.2、设计背景

1.3、适用场景

2、实现

2.1、if-else实现

2.2、状态模式实现

2.3、最终版

1、关于if-else的优化

2、状态模式下的优化

3、ArrayList 配置“状态流”

3、总结

前言

关于Java的设计模式分类如下：

对于状态模式的组件组成，如下所示：

1、状态模式

1.1、介绍

允许一个对象在其内部状态发生改变时，行为也随之改变，看起来就像对象修改了它的类。

状态模式就是把“状态”封装成独立的类，不同状态下执行不同的逻辑
状态切换由对象自己控制，而不是外部用 if-else/switch来判断

1.2、设计背景

问题场景：

if (status == "UNPAID") { /* 处理支付 */ }
else if (status == "PAID") { /* 处理发货 */ }
else if (status == "SHIPPED") { /* 处理收货 */ }

每加一个状态，要修改这段代码
状态切换逻辑和行为混在一起，难维护

状态模式的好处：

把每个状态的逻辑单独放在一个类中
遵循 开闭原则（新增状态只加类，不改原来代码）
状态的切换由对象自身控制，不依赖外部复杂判断

两者对比，如下所示：

1.3、适用场景

在项目中常用的场景如下：

Spring StateMachine（状态机框架）
订单系统：未支付 → 已支付 → 已发货 → 已完成
工作流引擎（Flowable、Activiti）
Netty Channel 状态：UNREGISTERED → REGISTERED → ACTIVE → INACTIVE

💡 因此：

如果状态很少且不会变，可以用 if-else
如果状态多、变化频繁，并且有复杂行为 => 用状态模式

2、实现

2.1、if-else实现

public class Order {public static final int UNPAID = 0;public static final int PAID = 1;public static final int SHIPPED = 2;public static final int DONE = 3;private int status = UNPAID;public void process() {if (status == UNPAID) {System.out.println("当前订单未支付，执行支付逻辑...");status = PAID;} else if (status == PAID) {System.out.println("订单已支付，执行发货逻辑...");status = SHIPPED;} else if (status == SHIPPED) {System.out.println("订单已发货，执行收货逻辑...");status = DONE;} else if (status == DONE) {System.out.println("订单已完成");} else {System.out.println("未知订单状态");}}
}

测试：

public class Test {public static void main(String[] args) {Order order = new Order();order.process(); // 支付order.process(); // 发货order.process(); // 收货order.process(); // 已完成}
}

这种方式短期内可用，但问题比较明显：

1、集中式 if-else：

所有状态逻辑都在一个方法里面，方法不断膨胀，维护困难。

2、违反开闭原则：

新增状态时必须修改这个方法的代码，容易引入 bug。

3、状态切换逻辑分散：

可能在多个方法都有类似的 if-else，改动的时候要到处找。

4、可读性差：

状态和行为耦合得很紧，不直观。

2.2、状态模式实现

订单状态流转

1、定义状态接口

public interface OrderState {void handle(OrderContext context);
}

2、具体状态类

public class UnpaidState implements OrderState {public void handle(OrderContext context) {System.out.println("当前订单未支付，执行支付逻辑...");context.setState(new PaidState()); // 切换状态}
}public class PaidState implements OrderState {public void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已支付，执行发货逻辑...");context.setState(new ShippedState());}
}public class ShippedState implements OrderState {public void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已发货，执行收货逻辑...");context.setState(new DoneState());}
}public class DoneState implements OrderState {public void handle(OrderContext context) {System.out.println("订单已完成");}
}

3、环境类

public class OrderContext {private OrderState state;public OrderContext(OrderState state) { this.state = state; }public void setState(OrderState state) { this.state = state; }public void request() { state.handle(this); }
}

测试

public class Test {public static void main(String[] args) {OrderContext order = new OrderContext(new UnpaidState());order.request(); // 支付order.request(); // 发货order.request(); // 收货order.request(); // 已完成}
}输出：
当前订单未支付，执行支付逻辑...
订单已支付，执行发货逻辑...
订单已发货，执行收货逻辑...
订单已完成

基于前面的if-else和状态模式都需要多次去调用方法，因此可以对调用次数进行优化。

2.3、最终版

1、关于if-else的优化

public class Order {private int status = 0;private static final List<Integer> PROCESS_LIST = List.of(0, // UNPAID1, // PAID2, // SHIPPED3  // DONE);public void process() {if (status == 0) {System.out.println("未支付 -> 支付");status = 1;} else if (status == 1) {System.out.println("已支付 -> 发货");status = 2;} else if (status == 2) {System.out.println("已发货 -> 收货");status = 3;} else {System.out.println("订单完成");}}public static void main(String[] args) {Order order = new Order();PROCESS_LIST.forEach(s -> order.process());}
}

这样避免了写 4 行 order.process()，但 逻辑依旧集中在一个方法里，只是调用更“批量”了。

2、状态模式下的优化

状态模式下，我们可以更灵活地用集合来管理状态流转过程，而且不用去写 if-else。

例子：

interface State {void handle(OrderContext ctx);
}class UnpaidState implements State {public void handle(OrderContext ctx) {System.out.println("当前订单未支付 -> 执行支付逻辑...");ctx.setState(new PaidState());}
}class PaidState implements State {public void handle(OrderContext ctx) {System.out.println("订单已支付 -> 执行发货逻辑...");ctx.setState(new ShippedState());}
}class ShippedState implements State {public void handle(OrderContext ctx) {System.out.println("订单已发货 -> 执行收货逻辑...");ctx.setState(new DoneState());}
}class DoneState implements State {public void handle(OrderContext ctx) {System.out.println("订单已完成");}
}class OrderContext {private State state;public OrderContext(State state) {this.state = state;}public void setState(State state) {this.state = state;}public void process() {state.handle(this);}
}

驱动代码：用集合 + 循环执行

public class TestOrder {public static void main(String[] args) {OrderContext order = new OrderContext(new UnpaidState());// 一直循环直到状态是 DoneStatewhile (!(order.state instanceof DoneState)) {order.process();}// 最后一遍处理完成状态order.process();}
}

特点

不用写多行 request()，直接用循环驱动
如果状态机变长/变短，不影响调用逻辑
也可以设计一个 List 状态链 提前加载好，遍历一次性跑完

3、ArrayList 配置“状态流”

状态模式也可以结合 状态数组：

List<State> flow = List.of(new UnpaidState(),new PaidState(),new ShippedState(),new DoneState()
);OrderContext ctx = new OrderContext(flow.get(0));
for (State state : flow) {ctx.setState(state);ctx.process();
}

优势：业务状态流程可以从配置文件甚至数据库加载，不用改代码
实现可拥抱灵活性，比如读取“审批流”、“工单流”这些可配置流程

3、总结

如下所示：

总结

状态模式是一种行为型设计模式，允许对象在内部状态改变时改变其行为。模式中包含上下文、抽象状态和具体状态角色。

优点包括解耦客户端和状态对象，可扩展性强，避免大量条件语句。缺点是可能增加系统类的数量和复杂性。适用场景如自动售货机的状态转换、线程状态管理等。

参考文章：

1、设计模式第21讲——状态模式（State）-CSDN博客文章浏览阅读6.7k次，点赞22次，收藏104次。状态模式是一种行为型设计模式，允许对象在内部状态改变时改变其行为。模式中包含上下文、抽象状态和具体状态角色。优点包括解耦客户端和状态对象，可扩展性强，避免大量条件语句。缺点是可能增加系统类的数量和复杂性。适用场景如自动售货机的状态转换、线程状态管理等。代码示例展示了自动售卖机如何利用状态模式实现不同状态的切换。https://blog.csdn.net/weixin_45433817/article/details/131521862?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522d157caaef17e4af5a1ebe4b41acb1286%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=d157caaef17e4af5a1ebe4b41acb1286&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-131521862-null-null.142^v102^control&utm_term=%E7%8A%B6%E6%80%81%E6%A8%A1%E5%BC%8F&spm=1018.2226.3001.4187